(57)【要約】【課題】  高速動作可能でポンプ能力の高い４相クロック駆動チャージポンプ回路を提供する。【解決手段】  ＮチャネルトランジスタＴ１２〜Ｔ１（ｎ＋１）と、一端がＮチャネルトランジスタＴ１２〜Ｔ１（ｎ＋１）のドレインに接続されるキャパシタＣ１〜Ｃｎと、ゲートとドレインが接続され、ドレインとゲートがキャパシタＣ１〜Ｃｎの一端に接続され、ソースがＮチャネルトランジスタＴ１２〜Ｔ１（ｎ＋１）のゲートに接続されたＮチャネルトランジスタＴ３２〜Ｔ３（ｎ＋１）と、一端がＮチャネルトランジスタＴ１２〜Ｔ１（ｎ＋１）のゲートに接続されるキャパシタＣｍ２〜Ｃｍ（ｎ＋１）と、を有するポンプ回路部を備える。【選択図】  図１
2006101626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主転送用Ｎチャネルトランジスタと、
一端が前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインに接続される主ポンプ用キャパシタと、
ゲートとドレインが接続され、ドレインとゲートが前記主ポンプ用キャパシタの一端に接続され、ソースが前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された補助転送用Ｎチャネルトランジスタと、
一端が前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続される補助ポンプ用キャパシタと、
を有するポンプ回路部を備えたことを特徴とする４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項２】
前記補助ポンプ用キャパシタの他端に供給されるクロック信号は、前記主ポンプ用キャパシタの他端に供給されるクロック信号がＬレベルからＨレベルとなってから、前記主ポンプ用キャパシタから前記補助ポンプ用キャパシタへ電荷の供給が完了する時間経過後に、ＬレベルからＨレベルにすることを特徴とする請求項１に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項３】
前記ポンプ回路部に前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記補助ポンプ用キャパシタの一端との接続点に接続されるリーク手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項４】
前記リーク手段は、前記主ポンプ用キャパシタの一端と前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインとの接続点にリークすることを特徴とする請求項３に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項５】
前記リーク手段はＮチャネルトランジスタにより構成され、前記Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインとが前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記補助ポンプ用キャパシタの一端との接続点に接続され、前記Ｎチャネルトランジスタのソースが前記主ポンプ用キャパシタの一端と前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインとの接続点に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項６】
前記リーク手段としてのＮチャネルトランジスタの閾値を、前記補助転送用Ｎチャネルトランジスタの閾値より大きく設定することを特徴とする請求項５に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項７】
順方向に直列接続された第１から第（ｎ＋１）（ｎは整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタと、
一端が前記第ｉ（ｉは１からｎの整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのソースと前記第（ｉ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレイン間に接続され、前記第１から第ｎの主転送用Ｎチャネルトランジスタに対応して設けられた第１から第ｎの主ポンプ用キャパシタと、
一端が前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された第１から第（ｎ＋１）の補助ポンプ用キャパシタと、
ソースが前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された第１から第（ｎ＋１）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタと、
を備えた４相クロック駆動チャージポンプ回路において、
前記第１から第（ｎ＋１）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートは自身のドレインに接続され、
前記第１の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインは、電源電圧に接続され、
前記第ｉ（ｉは２からｎ＋１の整数）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインは、前記第（ｉ−１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのソースと前記第ｉの主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレイン間に接続されている、
ことを特徴とする４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【請求項８】
ゲートとドレインとが前記第ｉ（ｉは１からｎ＋１の整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記第ｉの補助ポンプ用キャパシタの一端の間に接続され、前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタに対応して設けられた第１から第（ｎ＋１）のリーク用Ｎチャネルトランジスタをさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４相クロック駆動のチャージポンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＬＳＩ（Large-Scale Integration：大規模集積回路）においては、回路内部において３Ｖ、５Ｖ、１０Ｖというように多電源が要求される場合が多い。従来、このような多電源が要求される場合、ＬＳＩ外部において複数の電源を生成してＬＳＩへ供給するようになっていた。しかし、最近は、ＬＳＩへ供給する電源は単一電源で、ＬＳＩ内部において多電源を生成することが要求されるようになった。さらに、近年は、持ち運びが便利なモバイル機器で、バッテリ駆動の要求が強く、低電圧化の要求がより強くなってきている。
【０００３】
従来から、ＬＳＩ内部において、外部から供給される電源電圧Ｖｃｃより高い電圧を生成する回路として、チャージポンプ回路が用いられている。チャージポンプ回路として、２相クロック駆動のチャージポンプ回路（例えば、特許文献１参照。）がある。
【０００４】
従来から用いられている２相クロック駆動のチャージポンプ回路の回路構成について図５を参照しつつ説明する。図５は従来の２相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。ただし、クロック信号ＣＬＫは、波高値（振幅）がＶｃｃで周期Ｔ１（半周期ｔ１）の周期性のある信号である。なお、本明細書において、ＨｉｇｈレベルをＨレベルと略し、ＬｏｗレベルをＬレベルと略す。
【０００５】
ゲートとドレインが接続された（ダイオード接続された）Ｎチャネルトランジスタ（以下、Ｎｃｈトランジスタと略す。）Ｔ１〜Ｔ（ｎ＋１）がある。ＮｃｈトランジスタＴ１のドレインが２相クロック駆動チャージポンプ回路の入力端子ＩＮに接続され、ＮｃｈトランジスタＴ（ｎ＋１）のソースが２相クロック駆動チャージポンプ回路の出力端子ＯＵＴに接続されている。また、ＮｃｈトランジスタＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）のソースはＮｃｈトランジスタＴ（ｉ＋１）のドレインに接続されている。ここで、ＮｃｈトランジスタＴｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）の閾値を閾値Ｖｔｈｉとする。なお、例えば、ノードｎ１とノードｎ２の電位差はほぼ閾値Ｖｔｈ２となることから、閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ（ｎ＋１）を小さく設定することが好ましく、通常、閾値を０（Ｖ）〜０．４（Ｖ）程度に設定する。
【０００６】
また、ポンプ用のキャパシタＣ１〜Ｃｎがある。キャパシタＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端はＮｃｈトランジスタＴｉのソースとＮｃｈトランジスタＴ（ｉ＋１）のドレインの接続線に接続されている。キャパシタＣｉ（ｉ：１〜ｎの奇数）の他端はクロック端子（２相クロック駆動チャージポンプ回路にクロック信号ＣＬＫが入力される端子）ＣＩＮに接続されている。また、キャパシタＣｉ（ｉ：１〜ｎの偶数）の他端はインバータ回路ＩＮＶの出力部に接続され、インバータ回路ＩＮＶの入力部はクロック端子ＣＩＮに接続されている。
【０００７】
次に、図５を参照しつつ回路構成を説明した２相クロック駆動チャージポンプ回路の動作について図６を参照しつつ説明する。図６は図５の２相クロック駆動チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。
【０００８】
クロック信号ＣＬＫがＬレベルになると、ＮｃｈトランジスタＴ１がＯＮで、ＮｃｈトランジスタＴ２がＯＦＦの状態となり、入力端子ＩＮからノードｎ１へチャージが転送される。
【０００９】
クロック信号ＣＬＫがＨレベルとなる（インバータ回路ＩＮＶの出力がＬレベルになる）と、それに応じて、一旦ノードｎ１の電位は高くなり、ノードｎ２の電位は下がる。このとき、ＮｃｈトランジスタＴ１がＯＦＦで、ＮｃｈトランジスタＴ２がＯＮ、ＮｃｈトランジスタＴ３がＯＦＦの状態となり、ノードｎ１からノードｎ２へＮｃｈトランジスタＴ２を通じてチャージが転送され、これにより、ノードｎ１の電位は下がり、ノードｎ２の電位は高くなる。
【００１０】
クロック信号ＣＬＫがＬレベルとなる（インバータ回路ＩＮＶの出力がＨレベルになる）と、それに応じて、一旦ノードｎ２の電位は高くなり、ノードｎ１，ｎ３の電位は下がる。このとき、ＮｃｈトランジスタＴ２がＯＦＦで、ＮｃｈトランジスタＴ３がＯＮ、ＮｃｈトランジスタＴ４がＯＦＦの状態となり、ノードｎ２からノードｎ３へＮｃｈトランジスタＴ３を通じてチャージが転送され、これにより、ノードｎ２の電位は下がり、ノードｎ３の電位は高くなる。
【００１１】
同様の回路動作が順次行われて、出力端子ＯＵＴから昇圧された電圧が出力される。
【００１２】
ＮｃｈトランジスタＴ１〜Ｔ（ｎ＋１）はダイオード接続されているため、チャージが転送されるときには常に５極管動作となり、転送電流は急速には流れなく、クロック信号ＣＬＫの半周期の期間ｔ１内ではチャージが完全に転送されず、この転送されずに残るチャージに相当する電位を電位α０１〜αｎ（ｎ＋１）とする。また、ＮｃｈトランジスタＴｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）において閾値Ｖｔｈｉ分の電圧ドロップが生じる。このことから、例えば、ノードｎ１とノードｎ２との電位差ΔＶ１２とすると、ΔＶ１２＝α１２＋Ｖｔｈ２となり、効率が悪い。特に、電源電圧Ｖｃｃが低電圧になると、効率の低下が顕著に現れる。
【００１３】
図５の２相クロック駆動チャージポンプ回路の出力電圧をＶｏｕｔとし、ＮｃｈトランジスタＴ１〜Ｔ（ｎ＋１）の閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ（ｎ＋１）をＶｔｈ、電位α０１〜αｎ（ｎ＋１）をαとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝（ｎ＋１）×（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ−α）
となる。
【００１４】
例えば、電源電圧Ｖｃｃを１．２（Ｖ）、閾値Ｖｔｈを０．４（Ｖ）、電位αを０．２（Ｖ）とすると、１２（Ｖ）の出力電圧Ｖｏｕｔを得るためには、上記の式より、ｎが１９となる。これに対して、電源電圧Ｖｃｃを１．８（Ｖ）、閾値Ｖｔｈを０．４（Ｖ）、電位αを０．２（Ｖ）とすると、１２（Ｖ）の出力電圧Ｖｏｕｔを得るためには、上記の式より、ｎが９となる。このように、低電圧では非常に効率が悪く、面積も２倍以上になってしまう。この問題を解決するために、従来から４相クロック駆動のチャージポンプ回路（例えば、特許文献２参照。）が用いられている。
【００１５】
従来から用いられている４相クロック駆動のチャージポンプ回路の回路構成について図７を参照しつつ説明する。図７は従来の４相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。クロック信号ＰＨ１〜ＰＨ４は波高値（振幅）がＶｃｃの周期性のある信号であり、夫々、クロック端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４に入力される。ただし、クロック信号ＰＨ１〜ＰＨ４は図８に示す関係にある。
【００１６】
主転送用のＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）があり、電源電圧Ｖｃｃの入力側から順に、ＮｃｈトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，・・・，Ｔ１（ｎ−１），Ｔ１ｎ，Ｔ１（ｎ＋１）が直列接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ１１のドレインが入力端子ＩＮに接続され、ＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）のソースが出力端子ＯＵＴに接続されている。また、ＮｃｈトランジスタＴ１ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のソースはＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ＋１）のドレインに接続されている。
【００１７】
ＮｃｈトランジスタＴ１ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のゲートには後述のキャパシタＣｍｉの一端が接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）のゲートは自身のドレインに接続されている（ダイオード接続）。ここで、ＮｃｈトランジスタＴ１ｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）の閾値を閾値Ｖｔｈ１ｉとする。
【００１８】
キャパシタＣ１〜Ｃｎがある。キャパシタＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端はＮｃｈトランジスタＴ１ｉのソースとＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ＋１）のドレインの接続線（ノードｎｉ）に接続されている。キャパシタＣｉ（ｉ：１〜ｎの奇数）の他端はクロック端子ＣＩＮ１に接続され、キャパシタＣｉ（ｉ：１〜ｎの偶数）の他端はクロック端子ＣＩＮ２に接続されている。なお、キャパシタＣ１〜Ｃｎを、適宜、主ポンプ用キャパシタという。
【００１９】
ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１ｎに対応して設けられたＮｃｈトランジスタＴ２１〜Ｔ２ｎがある。ＮｃｈトランジスタＴ２１のドレインが入力端子ＩＮとＮｃｈトランジスタＴ１１のドレインの接続線（ノードｎ０）に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ２ｉ（ｉ＝２〜ｎ）のドレインはＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ−１）のソースとＮｃｈトランジスタＴ１ｉのドレインの接続線（ノードｎ（ｉ−１））に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のソースは、ノードｋｉ（ＮｃｈトランジスタＴ１ｉのゲート）に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のゲートはＮｃｈトランジスタＴ１ｉのソースとＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ＋１）のドレインの接続線（ノードｎｉ）に接続されている。ここで、ＮｃｈトランジスタＴ２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の閾値を閾値Ｖｔｈ２ｉとする。なお、ＮｃｈトランジスタＴ２１〜Ｔ２ｎを、適宜、補助転送用Ｎｃｈトランジスタという。
【００２０】
キャパシタＣｍ１〜Ｃｍｎがある。キャパシタＣｍｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端は、既に記したように、ＮｃｈトランジスタＴ１ｉのゲートに接続されている。キャパシタＣｍｉ（ｉ：１〜ｎの奇数）の他端はクロック端子ＣＩＮ４に接続され、キャパシタＣｍｉ（ｉ：１〜ｎの偶数）の他端はクロック端子ＣＩＮ３に接続されている。なお、キャパシタＣｍ１〜Ｃｍｎを、適宜、補助ポンプ用キャパシタという。
【００２１】
次に、図７に回路構成を示した従来の４相クロック駆動チャージポンプ回路の動作について図８を参照しつつ説明する。図８は図７の４相クロック駆動チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。
【００２２】
クロック信号ＰＨ１がＨレベルになると、キャパシタＣ１を通じてＮｃｈトランジスタＴ２１のゲート電圧が高くなり、ノードｋ１の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１１のゲート電圧が高くなる。その後、クロック信号ＰＨ１がＬレベルとなった後、クロック信号ＰＨ４がＨレベルとなると、キャパシタＣｍ１を通じてノードｋ１の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１１のゲート電圧がさらに高くなる。ＮｃｈトランジスタＴ１１のゲート電圧が入力端子ＩＮの電位より閾値Ｖｔｈ１１以上高くなると、ＮｃｈトランジスタＴ１１は三極間動作になり、入力端子ＩＮに入力された電源電圧Ｖｃｃは、閾値Ｖｔｈ１１分の電圧ドロップすることなく、ＮｃｈトランジスタＴ１１を通ってノードｎ１へ転送され、ノードｎ１の電位が高くなる。
【００２３】
その後、クロック信号ＰＨ２がＨレベルのときに、クロック信号ＰＨ１がＨレベルとなると、ノードｎ１の電位がそれに応じて高くなり、キャパシタＣ２を通じてＮｃｈトランジスタＴ２２のゲート電圧が高くなっているので、ノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧も高くなる。その後、クロック信号ＰＨ２がＬレベルとなって、さらに、クロック信号ＰＨ３がＨレベルとなると、キャパシタＣｍ２を通じてノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧がさらに高くなる。ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧がノードｎ１の電位より閾値Ｖｔｈ１２以上高くなると、ＮｃｈトランジスタＴ１２は三極間動作になり、ノードｎ１の電位は、閾値Ｖｔｈ１２分の電圧ドロップすることなく、ＮｃｈトランジスタＴ１２を通ってノードｎ２へ転送され、これにより、ノードｎ１の電位は下がり、ノードｎ２の電位が高くなる。
【００２４】
その後、クロック信号ＰＨ３がＬレベルとなると、クロック信号ＰＨ３による電位の持ち上げがなくなるので、ノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧が下がる。その後、クロック信号ＰＨ２がＨレベルとなり、さらに、クロック信号ＰＨ１がＬレベルとなると、ノードｎ１の電位がそれに応じて下がり、キャパシタＣ２を通じてＮｃｈトランジスタＴ２２のゲート電圧が高くなっているので、ノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧が下がる。
【００２５】
ノードｎ１の電位がノードｎ２へ転送された後、クロック信号ＰＨ１がＨレベルのときに、クロック信号ＰＨ２がＨレベルとなると、ノードｎ２の電位がそれに応じて高くなり、キャパシタＣ３を通じてＮｃｈトランジスタＴ２３のゲート電圧が高くなっているので、ＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧（ノードｋ３の電位）が高くなる。その後、クロック信号ＰＨ１がＬレベルとなって、さらに、クロック信号ＰＨ４がＨレベルとなると、キャパシタＣｍ３を通じてＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧（ノードｋ３の電位）がさらに高くなる。ＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧がノードｎ２の電位より閾値Ｖｔｈ１３以上高くなると、ＮｃｈトランジスタＴ１３は三極間動作になり、ノードｎ２の電位は、閾値Ｖｔｈ１３分の電圧ドロップすることなく、ＮｃｈトランジスタＴ１３を通ってノードｎ３へ転送される。
【００２６】
その後、クロック信号ＰＨ４がＬレベルとなると、クロック信号ＰＨ４による電位の持ち上げがなくなるので、ＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧（ノードｋ３の電位）が下がる。その後、クロック信号ＰＨ１がＨレベルとなり、さらに、クロック信号ＰＨ２がＬレベルとなると、ノードｎ２の電位がそれに応じて下がり、キャパシタＣ３を通じてＮｃｈトランジスタＴ２３のゲート電圧が高くなっているのでＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧（ノードｋ３の電位）が下がる。
【００２７】
同様の回路動作が順次行われて、電源電圧Ｖｃｃが、昇圧されながら、ノードｎｎへ転送される。そして、最終段のＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）はダイオード接続されているので、クロック信号ＰＨ２がＨレベルのときに、ノードｎｎから閾値Ｖｔｈ１（ｎ＋１）分低くなった電位が出力端子ＯＵＴへ転送される。
【００２８】
図７の４相クロック駆動チャージポンプ回路の出力電圧をＶｏｕｔとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝（ｎ＋１）×Ｖｃｃ−Ｖｔｈ１（ｎ＋１）
となり、略Ｖｃｃの転送電圧が得られ、図５の２相クロック駆動チャージポンプ回路に比べて電圧の転送効率がよい。
【特許文献１】特開平５−２８７８１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、図７の従来の４相クロック駆動チャージポンプ回路では、クロック信号ＰＨ１〜ＰＨ４のタイミングが複雑となり、クロック信号ＰＨ１〜ＰＨ４の周期Ｔ２が大きくなってしまう。図８において、期間ｔ１は、クロック信号ＰＨ２がＨレベルのときにクロック信号ＰＨ１がＨレベルでＮｃｈトランジスタＴ２２を通してノードｋ２を十分に充電し、クロック信号ＰＨ２がＬレベルとなってから期間ｔ２をとってクロック信号ＰＨ３をＨレベルにし、キャパシタＣｍ２を通してＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧を高くして、ＮｃｈトランジスタＴ１２を十分に３極管動作させて、ノードｎ１からノードｎ２へ電荷を転送するものである。期間ｔ３，ｔ４においても同様にクロック信号ＰＨ１〜ＰＨ４のタイミングに注意を払う必要がある。
【００３０】
従って、図７の４相クロック駆動チャージポンプ回路の周期Ｔ２は、図５の２相クロック駆動チャージポンプ回路の周期Ｔ１より大きく、通常は周期Ｔ１の２倍（Ｔ２＝２×Ｔ１）程度となる。そして、チャージポンプ回路の能力は周波数に逆比例することから、４相クロック駆動チャージポンプ回路の転送効率が２相クロック駆動チャージポンプ回路の転送効率よりよくなっても、チャージポンプ回路の能力はほぼ同じになってしまう。
【００３１】
そこで、本発明は、高速動作可能でポンプ能力の高い４相クロック駆動チャージポンプ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
請求項１に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、主転送用Ｎチャネルトランジスタと、一端が前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインに接続される主ポンプ用キャパシタと、ゲートとドレインが接続され、ドレインとゲートが前記主ポンプ用キャパシタの一端に接続され、ソースが前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された補助転送用Ｎチャネルトランジスタと、一端が前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続される補助ポンプ用キャパシタと、を有するポンプ回路部を備えたことを特徴とする。
【００３３】
請求項２に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、前記補助ポンプ用キャパシタの他端に供給されるクロック信号は、前記主ポンプ用キャパシタの他端に供給されるクロック信号がＬレベルからＨレベルとなってから、前記主ポンプ用キャパシタから前記補助ポンプ用キャパシタへ電荷の供給が完了する時間経過後に、ＬレベルからＨレベルにすることを特徴とする。
【００３４】
請求項３に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、前記ポンプ回路部に前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記補助ポンプ用キャパシタの一端との接続点に接続されるリーク手段を設けたことを特徴とする。
【００３５】
請求項４に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、前記リーク手段は、前記主ポンプ用キャパシタの一端と前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインとの接続点にリークすることを特徴とする。
【００３６】
請求項５に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、前記リーク手段はＮチャネルトランジスタにより構成され、前記Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインとが前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記補助ポンプ用キャパシタの一端との接続点に接続され、前記Ｎチャネルトランジスタのソースが前記主ポンプ用キャパシタの一端と前記主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレインとの接続点に接続されていることを特徴とする。
【００３７】
請求項６に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、前記リーク手段としてのＮチャネルトランジスタの閾値を、前記補助転送用Ｎチャネルトランジスタの閾値より大きく設定することを特徴とする。
【００３８】
請求項７に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、順方向に直列接続された第１から第（ｎ＋１）（ｎは整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタと、一端が前記第ｉ（ｉは１からｎの整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのソースと前記第（ｉ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレイン間に接続され、前記第１から第ｎの主転送用Ｎチャネルトランジスタに対応して設けられた第１から第ｎの主ポンプ用キャパシタと、一端が前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された第１から第（ｎ＋１）の補助ポンプ用キャパシタと、ソースが前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートに接続された第１から第（ｎ＋１）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタと、を備えた４相クロック駆動チャージポンプ回路において、前記第１から第（ｎ＋１）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートは自身のドレインに接続され、前記第１の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインは、電源電圧に接続され、前記第ｉ（ｉは２からｎ＋１の整数）の補助転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートとドレインは、前記第（ｉ−１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのソースと前記第ｉの主転送用Ｎチャネルトランジスタのドレイン間に接続されている、ことを特徴とする。
【００３９】
請求項８に記載の４相クロック駆動チャージポンプ回路は、ゲートとドレインとが前記第ｉ（ｉは１からｎ＋１の整数）の主転送用Ｎチャネルトランジスタのゲートと前記第ｉの補助ポンプ用キャパシタの一端の間に接続され、前記第１から第（ｎ＋１）の主転送用Ｎチャネルトランジスタに対応して設けられた第１から第（ｎ＋１）のリーク用Ｎチャネルトランジスタをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
請求項１、７によれば、高速動作が可能でポンプ能力の高いチャージポンプ回路が得られる。
【００４１】
請求項２によれば、複雑な４相クロックのタイミングの制御を必要とすることなく、４相クロック駆動チャージポンプ回路を実現することができる。
【００４２】
請求項３、４、５、８によれば、チャージが残ることによって各主転送用Ｎｃｈトランジスタが常にＯＮの状態になるようなことがない。
【００４３】
請求項６によれば、過剰リークを防ぐことが可能になると共に、リーク手段としてのＮｃｈトランジスタのリーク量の設定によらずチャージポンプ回路の動作が保証される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４５】
＜チャージポンプ回路（１）＞
以下、本発明の第１の実施の形態における４相クロック駆動のチャージポンプ回路の回路構成について図１を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態における４相クロック駆動チャージポンプ回路の構成を示す回路図である。ただし、本実施の形態においてクロック端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４に入力されるクロック信号ＰＨ１ａ〜ＰＨ４ａは図２に示されており、詳細は後述する。
【００４６】
図１に示す本実施の形態におけるチャージポンプ回路では、図７の従来のチャージポンプ回路の補助転送用のＮｃｈトランジスタＴ２１〜Ｔ２ｎに対応するＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３ｎがある。ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３ｎのゲートは自身のドレインに接続されている（ダイオード接続）。また、ＮｃｈトランジスタＴ３１のドレインは、入力端子ＩＮとＮｃｈトランジスタＴ１１のドレインの接続線（ノードｎ０）に接続され、ＮｃｈトランジスタＴ３ｉ（ｉ＝２〜ｎ）のドレインは、ＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ−１）のソースとＮｃｈトランジスタＴ１ｉのドレインの接続線（ノードｎ（ｉ−１））に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３ｎのソースは、ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１ｎのゲートに接続されている。
【００４７】
図１のチャージポンプ回路には、図７の従来のチャージポンプ回路には存在しない、ＮｃｈトランジスタＴ３（ｎ＋１）が設けられている。ＮｃｈトランジスタＴ３（ｎ＋１）のゲートは自身のドレインに接続されている（ダイオード接続）。また、ＮｃｈトランジスタＴ３（ｎ＋１）のドレインは、ＮｃｈトランジスタＴ１ｎのソースとＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）のドレインの接続線（ノードｎｎ）に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ３（ｎ＋１）のソースは、ＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）のゲートに接続されている。ただし、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）の閾値をＶｔｈ３１〜Ｖｔｈ３（ｎ＋１）とし、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）として、例えば、ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）の閾値と同じＮｃｈトランジスタを利用する。なお、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）を、適宜、補助転送用Ｎｃｈトランジスタという。
【００４８】
図１のチャージポンプ回路には、図７の従来のチャージポンプ回路には存在しない、キャパシタＣｍ（ｎ＋１）が設けられている。キャパシタＣｍ（ｎ＋１）の一端は、ＮｃｈトランジスタＴ１（ｎ＋１）のゲートに接続され、その他端はクロック端子ＣＩＮ４が接続されている。なお、キャパシタＣｍ（ｎ＋１）を、適宜、補助ポンプ用キャパシタという。
【００４９】
図１のチャージポンプ回路のその他の回路構成は、図７の従来のチャージポンプ回路と基本的に同じであり、その他の回路構成の詳細は省略する。
【００５０】
次に、図１を参照しつつ回路構成を説明した４相クロック駆動チャージポンプ回路の動作について図２を参照しつつ説明する。図２は図１の４相クロック駆動チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。
【００５１】
図２に示すように、クロック信号ＰＨ１ａ，ＰＨ２ａは、波高値（振幅）がＶｃｃでデューティ比が５０（％）の周期性のあるパルス信号である。また、クロック信号ＰＨ１ａがＨレベルのときクロック信号ＰＨ２ａがＬレベルで、クロック信号ＰＨ１ａがＬレベルのときクロック信号ＰＨ２ａがＨレベルの関係にある。
【００５２】
クロック信号ＰＨ３ａは、波高値（振幅）がＶｃｃで周期性のあるパルス信号である。クロック信号ＰＨ３ａは、クロック信号ＰＨ１ａがＨレベルとなった後時間ｔ１経過後にＬレベルからＨレベルとなる。また、クロック信号ＰＨ３ａは、クロック信号ＰＨ１ａがＬレベルとなるのに併せてＨレベルからＬレベルとなる。
【００５３】
クロック信号ＰＨ４ａは、波高値（振幅）がＶｃｃで周期性のあるパルス信号である。クロック信号ＰＨ４ａは、クロック信号ＰＨ２ａがＨレベルとなった後時間ｔ１経過後にＬレベルからＨレベルとなる。また、クロック信号ＰＨ４ａは、クロック信号ＰＨ２ａがＬレベルとなるのに併せてＨレベルからＬレベルとなる。
【００５４】
なお、時間ｔ１は、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）を介して補助転送用のキャパシタＣｍ１〜Ｃｍ（ｎ＋１）を充電する期間であり、ＮｃｈトランジスタＴ３ｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）を介して電源電圧或いはキャパシタＣ（ｉ−１）からキャパシタＣｍｉへの電荷の供給が完了するのに必要な時間に設定される。また、時間ｔ２はＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）を介してチャージを転送する期間である。
【００５５】
クロック信号ＰＨ４ａがＬレベルのとき、ＮｃｈトランジスタＴ３１がＯＮの状態になり、電源電圧Ｖｃｃにより、ノードｋ１の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１１のゲート電圧が高くなる。その後、クロック信号ＰＨ４ａがＨレベルとなると、ＮｃｈトランジスタＴ３１がＯＦＦの状態となり、キャパシタＣｍ１を通じてノードｋ１の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１１のゲートの電圧がさらに高くなり、ＮｃｈトランジスタＴ１１が３極管動作となり、閾値Ｖｔｈ１１分の電圧ドロップすることなく、急速にチャージが入力端子ＩＮからＮｃｈトランジスタＴ１１を介してノードｎ１へ転送される。
【００５６】
クロック信号ＰＨ１ａがＨレベル、クロック信号ＰＨ３ａがＬレベル、クロック信号ＰＨ４ａがＬレベルの期間では、ＮｃｈトランジスタＴ１１がＯＦＦの状態にある。また、ノードｎ１は、クロック信号ＰＨ１ａがＨレベルになるのに応じて電位が高くなり、ダイオード接続されたＮｃｈトランジスタＴ３２がＯＮの状態になっているので、ノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧が高くなる。その後、クロック信号ＰＨ３ａがＨレベルになると、ＮｃｈトランジスタＴ３２がＯＦＦの状態になり、キャパシタＣｍ２を通じてノードｋ２の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１２のゲート電圧がさらに高くなり、ＮｃｈトランジスタＴ１２が３極管動作となり、閾値Ｖｔｈ１２分の電圧ドロップすることなく、急速にチャージがノードｎ１からＮｃｈトランジスタＴ１２を介してノードｎ２へ転送される。これにより、ノードｎ１の電位が下がり、ノードｎ２の電位が高くなる。
【００５７】
その後、クロック信号ＰＨ１ａがＬレベル、クロック信号ＰＨ３ａがＬレベルになると、ノードｎ１，ｋ２の電位が下がる。
【００５８】
クロック信号ＰＨ２ａがＨレベル、クロック信号ＰＨ３ａがＬレベル、クロック信号ＰＨ４ａがＬレベルの期間では、ＮｃｈトランジスタＴ１２はＯＦＦの状態にある。また、ノードｎ２は、クロック信号ＰＨ２ａがＨレベルになるのに応じて電位が高くなり、ダイオード接続されたＮｃｈトランジスタＴ３３がＯＮの状態になっているので、ノードｋ３の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧が高くなる。その後、クロック信号ＰＨ４ａがＨレベルになると、ＮｃｈトランジスタＴ３３がＯＦＦの状態になり、キャパシタＣｍ３を通じてノードｋ３の電位、つまり、ＮｃｈトランジスタＴ１３のゲート電圧がさらに高くなり、ＮｃｈトランジスタＴ１３が３極管動作となり、閾値Ｖｔｈ１３分の電圧ドロップすることなく、急速にチャージがノードｎ２からＮｃｈトランジスタＴ１３を介してノードｎ３へ転送される。これにより、ノードｎ２の電位が下がり、ノードｎ３の電位が高くなる。
【００５９】
同様の回路動作が順次行われて、出力端子ＯＵＴから昇圧された電圧が出力される。この出力電圧をＶｏｕｔとすると、出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｏｕｔ＝（ｎ＋１）×Ｖｃｃ
となり、略Ｖｃｃの転送電圧が得られ、電圧の転送効率がよい。
【００６０】
ここで、ＮｃｈトランジスタＴ１２が３極管動作となる一例を示す。ノードｎ１の電位をＶｎ１、ノードｋ２の電位をＶｋ２とすると、ＮｃｈトランジスタＴ３２の閾値がＶｔｈ３２であることから、ノードｎ２の電位Ｖｋ２は、
Ｖｋ２＝Ｖｎ１−Ｖｔｈ３２＋Ｖｃｃ
となる。そして、電源電圧Ｖｃｃを１．２（Ｖ）、閾値Ｖｔｈ１２，Ｖｔｈ３２を０．４（Ｖ）とすると、
Ｖｋ２＝Ｖｎ１＋０．８
となり、ＮｃｈトランジスタＴ１２の閾値０．４（Ｖ）より十分高いゲート電圧となり、ＮｃｈトランジスタＴ１２は３極管動作となる。なお、他の主転送用のＮｃｈトランジスタにおいても同じである。
【００６１】
以上説明した本実施の形態の４相クロック駆動チャージポンプ回路では、クロック信号ＰＨ１ａ〜ＰＨ４ａのＨレベルとＬレベルの切替タイミングの制御が容易である。また、転送時には、ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）は３極管動作をしているため、ノードｎｉ（ｉ＝０〜ｎ）からノードｎ（ｉ＋１）或いは出力端子ＯＵＴへの転送時間が短くなり、高速動作が可能になる。例えば、本実施の形態の４相クロック駆動チャージポンプ回路の周期Ｔ３は、図５の従来の２相クロック駆動チャージポンプ回路の周期Ｔ１とほぼ同じにすることができる。
【００６２】
＜チャージポンプ回路（２）＞
以下、本発明の第２の実施の形態における４相クロック駆動のチャージポンプ回路について図３および図４を参照しつつ説明する。図３は本実施の形態における４相クロック駆動チャージポンプ回路の構成を示す回路図である。図４は図３の４相クロック駆動チャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。ただし、本実施の形態においてクロック端子ＣＩＮ１〜ＣＩＮ４に入力されるクロック信号ＰＨ１ａ〜ＰＨ４ａは、第１の実施の形態の場合と同じである。
【００６３】
第１の実施の形態のチャージポンプ回路では、ノードｋ１〜ｋ（ｎ＋１）にリークパスがないため、ノードｋ１〜ｋ（ｎ＋１）に予期せぬチャージが蓄積され、ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）が常にＯＮの状態になって、ＮｃｈトランジスタＴ１〜Ｔ１（ｎ＋１）が逆流することにより、ポンプ能力が大きく劣化する場合も考えられる。本実施の形態のチャージポンプ回路はこの点について改良を加えたものである。
【００６４】
図３に示す本実施の形態におけるチャージポンプ回路には、図１の第１の実施の形態のチャージポンプ回路には存在しない、ノードｋ１〜ｋ（ｎ＋１）にリーク手段として動作するＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）が設けられている。ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）のゲートは自身のドレインに接続される（ダイオード接続）とともに、ノードｋ１〜ｋ（ｎ＋１）に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ４１のソースは入力端子ＩＮとＮｃｈトランジスタＴ１１のドレインの接続線（ノードｎ０）に接続されている。ＮｃｈトランジスタＴ４ｉ（ｉ＝２〜ｎ＋１）のソースは、ＮｃｈトランジスタＴ１（ｉ−１）のソースとＮｃｈトランジスタＴ１ｉのドレインの接続線（ノードｎ（ｉ−１））に接続されている。ただし、ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）の閾値をＶｔｈ４１〜Ｖｔｈ４（ｎ＋１）とし、例えば、ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）として、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）の閾値と同じＮｃｈトランジスタを利用する。また、リーク電流量を少なくするために、ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）の寸法は、ＮｃｈトランジスタＴ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）の寸法より小さく設定するのが好ましい。
【００６５】
図３のチャージポンプ回路のその他の回路構成は、図１の第１の実施の形態のチャージポンプ回路と基本的に同じであり、その他の回路構成の詳細は省略する。
【００６６】
図４に動作波形を示す図３のチャージポンプ回路の動作は、図２に動作波形を示した図１のチャージポンプ回路と次に示す動作を除いて同じである。ノードｋｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）に過剰にチャージが充電された場合に図１のチャージポンプ回路ではチャージを逃す回路動作が行われることがない。これに対して、図３の本実施の形態のチャージポンプ回路では、ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）がＯＮの状態になっていることから、ノードｋ１〜ｋ（ｎ＋１）からＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）を介してノードｎ０〜ｎｎへ逃すことができる。なお、ＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）のリーク量が少なければ、チャージポンプ回路の動作には影響を与えることなく、チャージを逃がすことができる（図４参照）。
【００６７】
以上説明した本実施の形態の４相クロック駆動チャージポンプ回路では、ＮｃｈトランジスタＴ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）が常にＯＮの状態になって、ＮｃｈトランジスタＴ１〜Ｔ１（ｎ＋１）を逆流するような状況が発生せず、ポンプ能力が劣化するようなことが起こらない。
【００６８】
なお、図３のチャージポンプ回路では、リーク手段をＮｃｈトランジスタＴ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）で実現している場合であるが、これに限らず、例えば、抵抗素子で実現することもできる。また、リークさせる場所をノードｎ０〜ｎｎとしているが、これに限らず、例えば、基準電位Ｖｓｓ或いは電源電圧Ｖｃｃでもよい。
【００６９】
また、ＮｃｈトランジスタＴ４ｉ（ｉ＝１〜ｎ＋１）として、ＮｃｈトランジスタＴ１ｉ，Ｔ３ｉと同じ閾値を持つＮｃｈトランジスタを利用するとしているが、これに限らず、ＮｃｈトランジスタＴ１ｉ，Ｔ３ｉの閾値より大きい閾値を持つＮｃｈトランジスタを利用するようにしてもよい。この場合、過剰リークを防ぐ目的では効果が大きい。また、例えば、Ｖｎ１−Ｖｋ２＝Ｖｔｈ４２＞Ｖｔｈ３２となり、転送時、ＮｃｈトランジスタＴ１２は必ず３極管動作を行うため、ＮｃｈトランジスタＴ４２のリーク量の設定によらず、チャージポンプ動作は保証される。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施の形態における４相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図。
【図２】図１のチャージポンプ回路の動作を説明するための波形図。
【図３】第２の実施の形態における４相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図。
【図４】図３のチャージポンプ回路の動作を説明するための波形図。
【図５】従来の２相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図。
【図６】図５のチャージポンプ回路の動作を説明するための波形図。
【図７】従来の４相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図。
【図８】図７のチャージポンプ回路の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
【００７２】
Ｔ１１〜Ｔ１（ｎ＋１）  Ｎチャネルトランジスタ（主転送用）
Ｔ３１〜Ｔ３（ｎ＋１）  Ｎチャネルトランジスタ（補助転送用）
Ｔ４１〜Ｔ４（ｎ＋１）  Ｎチャネルトランジスタ（リーク用）
Ｃ１〜Ｃｎ              キャパシタ（主ポンプ用）
Ｃｍ１〜Ｃｍ（ｎ＋１）  キャパシタ（補助ポンプ用）
ＰＨ１ａ〜ＰＨ４ａ      クロック信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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